在高頻PCB板中，電源噪聲是比較常見(jiàn)的一類干擾，對(duì)高頻信號(hào)的影響較大。接下來(lái)，我們通過(guò)對(duì)高頻PCB板上出現(xiàn)的電源噪聲特性和產(chǎn)生原因進(jìn)行系統(tǒng)分析，并結(jié)合工程應(yīng)用，提出了一些簡(jiǎn)單而有效的解決辦法。

電源噪聲的分析

電源噪聲是指由電源自身產(chǎn)生或受擾感應(yīng)的噪聲。其干擾表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、電源本身所固有的阻抗所導(dǎo)致的分布噪聲。

高頻電路中，電源噪聲對(duì)高頻信號(hào)影響較大。因此，首先需要有低噪聲的電源。干凈的地和干凈的電源是同樣重要的。

理想情況下的電源是沒(méi)有阻抗的，因此其不存在噪聲。但是，實(shí)際情況下的電源是具有一定阻抗的，并且阻抗是分布在整個(gè)電源上的，因此，噪聲也會(huì)疊加在電源上。所以應(yīng)該盡可能減小電源的阻抗，最好有專門的電源層和接地層。在高頻電路設(shè)計(jì)中，電源以層的形式設(shè)計(jì)一般比以總線的形式設(shè)計(jì)要好，這樣回路總可以 沿著阻抗最小的路徑走。此外，電源板還得為PCB上所有產(chǎn)生和接受的信號(hào)提供一個(gè)信號(hào)回路，這樣可以最小化信號(hào)回路，從而減小噪聲。

2、電源線耦合。

是指交流或直流電源線受到電磁干擾后，電源線又將這些干擾傳輸?shù)狡渌O(shè)備的現(xiàn)象。這是電源噪聲間接地對(duì)高頻電路的干擾。需要說(shuō)明的是：電源的噪聲并不一定是其本身產(chǎn)生的，也可能是外界干擾感應(yīng)的噪聲，再將此噪聲與本身產(chǎn)生的噪聲疊加起來(lái)（輻射或傳導(dǎo)）去干擾其他的電路或者器件。

3、共模場(chǎng)干擾。

指的是電源與接地之間的噪聲，它是因?yàn)槟硞€(gè)電源由被干擾電路形成的環(huán)路和公共參考面上引起的共模電壓而造成的干擾，其值要視電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)的強(qiáng)弱來(lái)定。

在該通道上，Ic的下降會(huì)在串聯(lián)的電流回路中引起共模電壓，影響接收部分。如果磁場(chǎng)占主要地位，在串聯(lián)地回路中產(chǎn)生的共模電壓的值是：

Vcm = — (△B/△t) × S （1）

式（1）中的ΔB為磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量，Wb/m2；S為面積，m2。

如果是電磁場(chǎng)，已知它的電場(chǎng)值時(shí)，其感應(yīng)電壓為：

Vcm = (L×h×F×E/48) （2）

式（2）一般適用于L=150/F以下，F(xiàn)為電磁波頻率MHz。

如果超過(guò)這個(gè)限制的話，最大感應(yīng)電壓的計(jì)算可簡(jiǎn)化為：

Vcm = 2×h×E （3）

4、差模場(chǎng)干擾。

指電源與輸入輸出電源線間的干擾。在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中，筆者發(fā)現(xiàn)其在電源噪聲中所占的比重很小，因此這里可以不作討論。

5、線間干擾。

指電源線間的干擾。在兩個(gè)不同的并聯(lián)電路之間存在著互電容C和互感M1-2時(shí)，如果干擾源電路中有電壓VC和電流IC，則被干擾電路中將出現(xiàn)：

a. 通過(guò)容性阻抗耦合的電壓為

Vcm = Rv*C1-2*△Vc/△t （4）

式（4）中Rv是被干擾電路近端電阻和遠(yuǎn)端電阻的并聯(lián)值。

b. 通過(guò)感性耦合的串聯(lián)電阻

V = M1-2*△Ic/△t （5）

如果干擾源中有共模噪聲，則線間干擾一般表現(xiàn)為共模和差模兩種形式。

PCB設(shè)計(jì)中消除電源噪聲的方法

1、注意板上通孔：通孔使得電源層上需要刻蝕開(kāi)口以留出空間給通孔通過(guò)。而如果電源層開(kāi)口過(guò)大，勢(shì)必影響信號(hào)回路，信號(hào)被迫繞開(kāi)，回路面積增大，噪聲加大。同時(shí)如果一些信號(hào)線都集中在開(kāi)口附近，共用這一段回路，公共阻抗將引發(fā)串?dāng)_。

2、連接線需要足夠多的地線：每一信號(hào)需要有自己的專有的信號(hào)回路，而且信號(hào)和回路的環(huán)路面積盡可能小，也就是說(shuō)信號(hào)與回路要并行。

3、模擬與數(shù)字電源的電源要分開(kāi)：高頻器件一般對(duì)數(shù)字噪音非常敏感，所以兩者要分開(kāi)，在電源的入口處接在一起，若信號(hào)要跨越模擬和數(shù)字兩部分的話，可以在信號(hào)跨越處放置一條回路以減小環(huán)路面積。

4、避免分開(kāi)的電源在不同層間重疊：否則電路噪聲很容易通過(guò)寄生電容耦合過(guò)去。

5、隔離敏感元件：如PLL。

6、放置電源線：為減小信號(hào)回路，通過(guò)放置電源線在信號(hào)線邊上來(lái)實(shí)現(xiàn)減小噪聲。

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